磁性吸附材料對重金屬離子吸附的研究進展

鄭超 劉珊珊 劉偉 袁緒峰

摘 要：隨著現(xiàn)代城市工業(yè)的飛速發(fā)展，人們的生活水平得到提高，但是工業(yè)和生活中產(chǎn)生的廢水中的重金屬離子是一個潛在的安全隱患。專家們正在研究利用磁性吸附材料來對廢水中的重金屬離子進行吸附，從而防止威脅到人們的健康。石墨烯及其復(fù)合材料作為一種新型納米材料具有極大的比表面和極強的表面化學(xué)活性，非常適合作為吸附材料治理重金屬污染廢水。本文就此對使用該種材料的吸附情況的研究進展進行解析，并且做出了后續(xù)研究的期望。

關(guān)鍵詞：重金屬離子;吸附;磁性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.034

工業(yè)發(fā)展一方面促進了科技的發(fā)展，給人們生活創(chuàng)造了各種便利，但另一方面由于涉及各種化學(xué)反應(yīng)和材質(zhì)，生產(chǎn)過后帶來的環(huán)境垃圾以及廢水的排放和處理也是一大難題。我們了解到的是廢氣已經(jīng)造成了大氣污染，其實廢水中的重金屬離子如果不經(jīng)處理重新就排放到人們的生活中，就會造成不可挽回的危險。廢水的排放會導(dǎo)致新的環(huán)境安全問題，國家對排放進行了限制，專家們也致力于研究出新的方式來處理廢水，那么磁性吸附就是新興的一種方式。此外廢水的隨意排放也給環(huán)境造成了大面積的污染，因此專家們正在致力于研究出有效的對廢水的處理方式，如今使用特殊性能的材料利用物理或者化學(xué)原理對污染成分進行處理已經(jīng)成為新興的方式。

1 磁性吸附材料的選取靈感

據(jù)了解到，磁鐵之間具有強烈的吸引作用，受此啟發(fā)專家們做出了巨大的努力，嘗試借助具有磁性的材料對重金屬離子進行物理吸附作用，這樣處理廢水的設(shè)想不失專業(yè)性。因為我們知道的是工業(yè)中冶金、冶鐵等制造業(yè)必然伴隨著廢物的產(chǎn)生，而且重工業(yè)對環(huán)境帶來的污染很大。我們了解的重金屬離子具有頑強的生命周期，在生物體內(nèi)存在就會富集難以降解把毒性帶給生物體，主要有 Cu、Pb、Hg、As、Cd、Cr等。選取合適而有效的吸附材料勢在必行，于是專家把眼光投向具有磁性的吸附材料，比如被寄予厚望的石墨烯。由碳原子組成的石墨烯在外加磁場的條件下，具有很強的吸附性。而且結(jié)合已有的經(jīng)驗表明，磁性石墨烯復(fù)合材料對重金屬有顯著的吸附效果，因此本文來就此研究進展進行解析。

2 磁性吸附材料的制備和實驗

據(jù)上述所說磁性材料在外加磁場的條件下就可以加速重金屬離子與液體的分離，因此確保吸附材料具有穩(wěn)定的磁性，就需要通過一番實驗制得。實驗發(fā)現(xiàn)制得的磁性氧化石墨烯取得了良好的吸附效果，比如實驗將FeCl3·6H2O 作為前驅(qū)體制備出 Fe3O4修飾的三元磁性氧化石墨烯 AMGO很好的對Cr（VI）進行了吸附。還有Cu2+、Pb2+、Ni2+、Hg2+、Cd2+、As3+、As5+、Cr6+等重金屬離子存在于水和土壤中給環(huán)境帶來了很大的污染，簡單的物理和化學(xué)方法不能高效的除去這些重金屬離子，那么研究出完備的吸附法就可以解除燃眉之急。

我們都知道水體中各種成分都是可以共存的，如果采用化學(xué)反應(yīng)之類的除去重金屬離子，會對原來的水體造成化學(xué)污染，而且浪費了資源，過濾和回收都是需要耗費很大的代價的。在這個基礎(chǔ)下，水中的任何物質(zhì)之間都是有可能發(fā)生反應(yīng)從而影響重金屬離子的去除的，為了避免這個弊端，需要保證吸附材料具有穩(wěn)定的磁性，同樣還要保證自身的穩(wěn)定性。合成物就是一種穩(wěn)定存在的方式，F(xiàn)e表面含有很強絡(luò)合重金屬離子能力的豐富的官能團，被相關(guān)人員拿來做研究，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)在此基礎(chǔ)下具有一定的吸附量，而且吸附量深受PH的影響，為了達到高效的吸附量需要對相關(guān)影響因素進行控制和調(diào)整。

比如該研究在不同的pH下還有在不同金屬離子的存在下，所具備的吸附效果也是不同的。在pH為5.3的情況下GO/Fe3O4對 Cu（II）的最大吸附容量是18.26 mg/g，但是在FA存在時最大吸附容量可以達到19.09 mg/g。除此之外對重金屬離子的吸附性還和吸附順序有關(guān)，所以對于不同的重金屬離子的吸附量也是不同的。如何制備出更加強效的穩(wěn)定性的材料就需要通過各種離子的嘗試。運用化學(xué)反應(yīng)將實驗收獲的具有吸附能力的離子制備成穩(wěn)定的合成物，在加上磁性條件的情況下加強吸附效果。比如將 Fe3+和 Fe2+與 GO 上的羧基形成配合物制得的磁性氧化石墨烯就對許多重金屬離子有明顯的吸附成效。因此專家和研究人員把目光和研究方向投向具有磁性的吸附材料上，經(jīng)過嘗試和摸索，確實得到比較完備的實驗報告和收獲，相信在未來會制備出更加高效的吸附材料。

3 結(jié)語

隨著工業(yè)的發(fā)展人們的生活得到更多便利，但是工業(yè)制造產(chǎn)生的廢氣廢水廢物也給人們的生活帶來了隱形隱患甚至是可接觸的環(huán)境污染。從治理空氣污染到治理廢水污染，可以看到我國化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展的突飛猛進，以及相關(guān)研究人員的潛心研究和高智慧，如今研究人員把具有磁性的吸附材料作為研究的對象，是很有潛力有效地去除廢水中的重金屬離子的，也是作為比較有研究價值和制造價值的吸附材料，有望實驗成熟之時帶來顯著的吸附效果，解決人們的安全威脅問題。

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（編號：201710959013）

作者簡介：鄭超（1995-），男，安徽合肥人，本科，研究方向：交通工程。